Низкотемпературный процесс увеличил эффективность катализатора для расщепления воды в шесть раз
Процесс измельчения перовскитных наночастиц и усиление реакции выделения кислорода при низкой температуре (300 °C). Автор: POSTECH
Исследовательская группа из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) и Сеульского национального университета разработала новый метод активации катализаторов для расщепления воды при температуре всего 300°C — значительно ниже традиционных 800°C. Этот низкотемпературный процесс также увеличил эффективность выделения кислорода катализатором почти в шесть раз.
Исследование, проведённое под руководством профессора Ён-Тэ Кима и доктора Сан-Мун Чжуна из POSTECH, а также профессора Джунву Сона и доктора Ёнгкванга Кима из Сеульского национального университета, было опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
Солнечная и ветровая энергия производят электричество, зависящее от погодных условий. Водород предлагает решение для хранения избыточной энергии. Использование электричества для расщепления воды на водород и кислород позволяет сохранить энергию и позже преобразовать её обратно в электричество — что делает возможным долгосрочное хранение энергии в больших масштабах.
Однако реакция выделения кислорода (OER) на аноде электролизёров воды требует высокого перенапряжения из-за медленной кинетики многоступенчатого процесса переноса электронов. Для ускорения реакции используются электрокатализаторы, и, как следствие, значительные усилия направлены на разработку высокоактивных электрокатализаторов для OER.
Команда сосредоточилась на материале под названием перовскит, который стабилен и легко модифицируется. Однако его относительно большой размер частиц (>100 нм) ограничивает каталитическую активность.
Чтобы преодолеть это, исследователи применили метод «эксолюции», при котором ионы металла в кристаллической решётке перовскита мигрируют на поверхность и образуют наноразмерные активные частицы.
Обычно эксолюция требует нагрева выше 800°C в течение нескольких часов. Однако, используя метод измельчения шариками, учёные добились аналогичного эффекта при температуре всего 300°C. Этот метод измельчает материал с помощью микроскопических шариков, разбивая его на мелкие частицы и ослабляя внутреннюю структуру. Это облегчает выход ионов металла на поверхность.
Полученный электрокатализатор выделяет кислород почти в шесть раз эффективнее, чем исходный перовскитный катализатор, при этом значительно снижая энергозатраты. Это делает метод более подходящим для крупномасштабного производства водорода из возобновляемых источников энергии.
«Это исследование — важный шаг в разработке высокоэффективных и недорогих катализаторов для электролиза воды», — отметил профессор Ким. «Контроль структуры на наноуровне станет ключом к повышению эффективности системы».
Дополнительная информация: Sang‐Mun Jung et al, Low‐Temperature Exsolution of Cobalt From Perovskite Nanoparticles via Bead Milling for Enhanced Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202506227
0 комментариев